Admin
Создатель сайта
Команда форума
- Сообщения
- 10 995
- Реакции
- 4 201
- Город
- Россия, Москва
- Авто
- VW Tiguan 2.0 DBGC 2018, VW Touran 1.6 BSE 2008
Загадочные буквы
Какие бы аббревиатуры ни изобретали автомобильные компании в желании не повторить друг друга – GDI, FSI, DI, D4, – речь идет об одном и том же, о технологии непосредственного впрыска бензина. То есть когда бензин впрыскивается не во впускной патрубок, как у «обычных» моторов с впрыском, а непосредственно в цилиндр двигателя.
Конечно, моторы с непосредственным впрыском сложнее и дороже традиционных. Тем не менее в последние годы ими «обзавелись» автомобили многих известных марок. Почему?
Запасов нефти на нашей планете не прибавляется – для европейских и японских автовладельцев, не избалованных низкими ценами на топливо, экономичность очень важна. Проблему загрязнения атмосферы тоже никто со счетов пока не сбрасывал. Конечно, благодаря ужесточению экологических норм удалось уменьшить выбросы наиболее вредных веществ – угарного газа, несгоревших углеводородов и оксидов азота. Но разговоры о парниковом эффекте ведутся не на пустом месте, а потому снижению выбросов углекислого газа в атмосферу посвящено немало национальных и международных программ. Применительно к автомобилю эти проблемы взаимосвязаны: у двигателя внутреннего сгорания выброс углекислого газа пропорционален расходу топлива. Так что повышение эффективности работы ДВС полезно не только для кошелька автовладельца, но и для нашей атмосферы.
Поднять эффективность современного бензинового двигателя – задача непростая: и конструкция, и технологии ДВС совершенствуются уже 150 лет, и многие резервы давно выбраны. Однако многие решения в свое время применялись, но так и не прижились, а сейчас, на новом витке развития науки и технологии, снова становятся актуальными. Непосредственный впрыск бензина как раз из этой области.
Теория двигателей гласит: чем выше давление в цилиндре перед воспламенением смеси, тем больше отдача двигателя. А давление в цилиндре зависит от того, сколько воздуха попадет в него за время такта впуска: чем больше воздуха, тем больше будет давление, когда его сожмет поршень. И нам выгодно, чтобы даже на малых нагрузках, когда не нужно сжигать много топлива, в цилиндр все равно попадало много воздуха – больше будет давление в конце такта сжатия.
Но также известно, что для полного сгорания бензина необходимо, чтобы на каждый грамм топлива в цилиндре приходилось 14,7 грамма воздуха. Если воздуха будет больше, такая смесь называется бедной. И в отличие от дизеля в бензиновом двигателе с работой на очень бедных смесях не все хорошо получается. Ведь смесь воздуха и топлива здесь поджигается искрой свечи зажигания. И если соотношение воздуха и топлива в смеси будет больше 17:1 (больше 17 частей воздуха на 1 часть бензина), начинаются проблемы с воспламенением от свечи. Именно поэтому в традиционных двигателях с впрыском бензина (во впускной патрубок) активную роль по-прежнему играет дроссельная заслонка – мы вынуждены ограничивать количество поступающего в цилиндры воздуха, чтобы смесь не стала слишком бедной.
Таким образом, если мы хотим поднять эффективность работы бензинового двигателя на малых нагрузках, должны научить его «переваривать» бедную смесь.
И вот тут на помощь приходит непосредственный впрыск. Ведь форсунка здесь подает топливо не в поток воздуха на впуске, а непосредственно в цилиндр, и мы можем сделать так, чтобы при общем «бедном» соотношении воздуха и топлива в цилиндре около свечи оказалось более «богатое» облако смеси, которое хорошо воспламеняется.
Common rail
АККУМУЛЯТОРНАЯ СИСТЕМА ВПРЫСКА
Система впрыска топлива двигателя FSI практически такая же, как у большинства современных дизелей – она называется «аккумуляторная», но более известно «импортное» название common rail. Насос создает высокое (от 30 до 110 бар) давление в единой магистрали. Магистраль имеет большой диаметр, потому что одновременно служит гидроаккумулятором – в большом количестве топлива гасятся пульсации давления от насоса.
Такое распределение топливной смеси в цилиндре называется послойным в отличие от гомогенного, когда топливо и воздух перемешаны равномерно. Кстати, аббревиатура FSI, которую использует группа Volkswagen для обозначения моторов с непосредственным впрыском, расшифровывается как Fuel Stratified Injection – «послойный впрыск топлива».
Понятно, что в реальных условиях движения мотор должен работать в разных режимах. Послойное распределение – для работы на бедных смесях, то есть в экономичном режиме, при малых нагрузках, например, когда мы, никуда особо не торопясь, ровно едем с комфортной скоростью. А вот для больших нагрузок, для мощностных режимов (разгон, движение на высоких оборотах, с высокой скоростью) нам обязательно потребуется гомогенная смесь.
Ничего не потерять
ПОТОК ВОЗДУХА НА ВПУСКЕ ДВИГАТЕЛЕЙ FSI
Для обеспечения послойного смесеобразования необходима высокая скорость потока воздуха. Чтобы ее получить, в некоторых моторах с непосредственным впрыском бензина используют вертикальные впускные патрубки большой длины. Но такие патрубки не всегда удается скомпоновать с очень полезной системой изменения их длины. Заслонки во впускных патрубках моторов FSI создают некоторое сопротивление, зато позволяют увеличить скорость потока воздуха при наклонных патрубках, легко совместимых с системой изменения их длины.
Переключение между этими режимами осуществляется разными способами. Например, в моторах FSI предусмотрена специальная заслонка на впуске, которая в режиме послойного распределения закрывается. В результате поток воздуха сужается, ускоряется и, влетая в цилиндр, закручивается в «баранку». Топливо впрыскивается во время такта сжатия (поэтому для непосредственного впрыска нужен насос высокого давления). Сплющенная поршнем, но еще движущаяся «баранка» воздуха не так уж и сильно рассеивает впрыснутое топливо, зато помогает ему компактным факелом попасть на свечу. И еще создает вокруг топливного заряда прослойку воздуха, снижая потери тепла в днище поршня и в стенке цилиндра.
В режиме гомогенного смесеобразования заслонка на впуске полностью открыта. В результате воздух поступает в цилиндр равномерно и широким потоком. В этот поток, еще во время такта впуска, и впрыскивается основная порция топлива. В горячем цилиндре оно испаряется и хорошо перемешивается с воздухом – образуется равномерная топливовоздушная смесь по всему цилиндру.
У других компаний можно встретить иные способы переключения режимов впрыска – например, специальные двухрежимные форсунки, которые могут впрыскивать топливо в цилиндр либо компактным узким факелом (для послойного распределения), либо равномерным широким конусом (для образования гомогенной смеси). Кстати, в режиме гомогенной смеси двигатель с непосредственным впрыском тоже эффективнее традиционного собрата. Ведь в нем можно обеспечить впрыск топлива не в одну, а в несколько стадий и таким образом решить множество проблем – от ускоренного прогрева нейтрализатора при холодном пуске до снижения риска детонации и улучшения процесса сгорания при высоких нагрузках, а значит, повышения мощности.
Конечно, «бесплатных пирожных» в технике не бывает. Мы уже отметили: чтобы впрыскивать бензин непосредственно в цилиндр во время такта сжатия, нужен топливный насос высокого давления – почти такой же, как на дизелях. И соответствующая система питания. А для получения вакуума (без которого, скажем, не работает усилитель тормозов) потребуется вакуумный насос. Ведь в режиме послойного распределения двигатель работает на малых порциях топлива, но при полностью открытой дроссельной заслонке (чего мы, собственно, и добивались). А если дроссельная заслонка открыта, разрежение в задроссельном пространстве не создается!
Не так все просто и с обеднением смеси. Ведь и двигатели с традиционным впрыском бензина могут работать на более бедной смеси, чем работают сейчас. Конечно, не на такой сверхбедной, как мотор с непосредственным впрыском, но все равно, экономия топлива была бы заметной. Тем не менее в большинстве современных автомобилей эта возможность не используется. И причиной тому – экология. Ведь при работе на бедной смеси значительно растет выброс оксидов азота – традиционный трехкомпонентный нейтрализатор в этой ситуации с ними не справляется. И если мы хотим работать на бедных смесях, то даже для соответствия нормам Евро 3 нам потребуется дополнительный специальный нейтрализатор-поглотитель оксидов азота. И, понятно, электроника для обеспечения его работы. А «противоазотный» нейтрализатор мало того, что недешев, так еще быстро выходит из строя при высоком содержании серы в топливе. Так что, пока еще не нормируется выброс углекислого газа, а бензин в большинстве стран мира содержит достаточно много серы, производителям автомобилей приходится отказываться от отдельных преимуществ непосредственного впрыска бензина, в первую очередь – от работы на бедных смесях. И, конечно, выдающейся экономии топлива в этом случае получить не удается. Правда, и не так возрастает стоимость автомобиля – нет необходимости устанавливать «противоазотный» нейтрализатор и оборудование для его работы.
Но, если получаемая экономия топлива с ростом цен на нефть станет целесообразной или, скажем, более активно будет вестись борьба с выбросом углекислого газа (CO2), двигатель с непосредственным впрыском готов продемонстрировать свои достоинства в любой момент. Достаточно будет поставить второй нейтрализатор и изменить программу блока управления.
(с) журнал QUATTRORUOTE
Какие бы аббревиатуры ни изобретали автомобильные компании в желании не повторить друг друга – GDI, FSI, DI, D4, – речь идет об одном и том же, о технологии непосредственного впрыска бензина. То есть когда бензин впрыскивается не во впускной патрубок, как у «обычных» моторов с впрыском, а непосредственно в цилиндр двигателя.
Конечно, моторы с непосредственным впрыском сложнее и дороже традиционных. Тем не менее в последние годы ими «обзавелись» автомобили многих известных марок. Почему?
Запасов нефти на нашей планете не прибавляется – для европейских и японских автовладельцев, не избалованных низкими ценами на топливо, экономичность очень важна. Проблему загрязнения атмосферы тоже никто со счетов пока не сбрасывал. Конечно, благодаря ужесточению экологических норм удалось уменьшить выбросы наиболее вредных веществ – угарного газа, несгоревших углеводородов и оксидов азота. Но разговоры о парниковом эффекте ведутся не на пустом месте, а потому снижению выбросов углекислого газа в атмосферу посвящено немало национальных и международных программ. Применительно к автомобилю эти проблемы взаимосвязаны: у двигателя внутреннего сгорания выброс углекислого газа пропорционален расходу топлива. Так что повышение эффективности работы ДВС полезно не только для кошелька автовладельца, но и для нашей атмосферы.
Поднять эффективность современного бензинового двигателя – задача непростая: и конструкция, и технологии ДВС совершенствуются уже 150 лет, и многие резервы давно выбраны. Однако многие решения в свое время применялись, но так и не прижились, а сейчас, на новом витке развития науки и технологии, снова становятся актуальными. Непосредственный впрыск бензина как раз из этой области.
Теория двигателей гласит: чем выше давление в цилиндре перед воспламенением смеси, тем больше отдача двигателя. А давление в цилиндре зависит от того, сколько воздуха попадет в него за время такта впуска: чем больше воздуха, тем больше будет давление, когда его сожмет поршень. И нам выгодно, чтобы даже на малых нагрузках, когда не нужно сжигать много топлива, в цилиндр все равно попадало много воздуха – больше будет давление в конце такта сжатия.
Но также известно, что для полного сгорания бензина необходимо, чтобы на каждый грамм топлива в цилиндре приходилось 14,7 грамма воздуха. Если воздуха будет больше, такая смесь называется бедной. И в отличие от дизеля в бензиновом двигателе с работой на очень бедных смесях не все хорошо получается. Ведь смесь воздуха и топлива здесь поджигается искрой свечи зажигания. И если соотношение воздуха и топлива в смеси будет больше 17:1 (больше 17 частей воздуха на 1 часть бензина), начинаются проблемы с воспламенением от свечи. Именно поэтому в традиционных двигателях с впрыском бензина (во впускной патрубок) активную роль по-прежнему играет дроссельная заслонка – мы вынуждены ограничивать количество поступающего в цилиндры воздуха, чтобы смесь не стала слишком бедной.
Таким образом, если мы хотим поднять эффективность работы бензинового двигателя на малых нагрузках, должны научить его «переваривать» бедную смесь.
И вот тут на помощь приходит непосредственный впрыск. Ведь форсунка здесь подает топливо не в поток воздуха на впуске, а непосредственно в цилиндр, и мы можем сделать так, чтобы при общем «бедном» соотношении воздуха и топлива в цилиндре около свечи оказалось более «богатое» облако смеси, которое хорошо воспламеняется.
Common rail
АККУМУЛЯТОРНАЯ СИСТЕМА ВПРЫСКА
Система впрыска топлива двигателя FSI практически такая же, как у большинства современных дизелей – она называется «аккумуляторная», но более известно «импортное» название common rail. Насос создает высокое (от 30 до 110 бар) давление в единой магистрали. Магистраль имеет большой диаметр, потому что одновременно служит гидроаккумулятором – в большом количестве топлива гасятся пульсации давления от насоса.
Такое распределение топливной смеси в цилиндре называется послойным в отличие от гомогенного, когда топливо и воздух перемешаны равномерно. Кстати, аббревиатура FSI, которую использует группа Volkswagen для обозначения моторов с непосредственным впрыском, расшифровывается как Fuel Stratified Injection – «послойный впрыск топлива».
Понятно, что в реальных условиях движения мотор должен работать в разных режимах. Послойное распределение – для работы на бедных смесях, то есть в экономичном режиме, при малых нагрузках, например, когда мы, никуда особо не торопясь, ровно едем с комфортной скоростью. А вот для больших нагрузок, для мощностных режимов (разгон, движение на высоких оборотах, с высокой скоростью) нам обязательно потребуется гомогенная смесь.
Ничего не потерять
ПОТОК ВОЗДУХА НА ВПУСКЕ ДВИГАТЕЛЕЙ FSI
Для обеспечения послойного смесеобразования необходима высокая скорость потока воздуха. Чтобы ее получить, в некоторых моторах с непосредственным впрыском бензина используют вертикальные впускные патрубки большой длины. Но такие патрубки не всегда удается скомпоновать с очень полезной системой изменения их длины. Заслонки во впускных патрубках моторов FSI создают некоторое сопротивление, зато позволяют увеличить скорость потока воздуха при наклонных патрубках, легко совместимых с системой изменения их длины.
Переключение между этими режимами осуществляется разными способами. Например, в моторах FSI предусмотрена специальная заслонка на впуске, которая в режиме послойного распределения закрывается. В результате поток воздуха сужается, ускоряется и, влетая в цилиндр, закручивается в «баранку». Топливо впрыскивается во время такта сжатия (поэтому для непосредственного впрыска нужен насос высокого давления). Сплющенная поршнем, но еще движущаяся «баранка» воздуха не так уж и сильно рассеивает впрыснутое топливо, зато помогает ему компактным факелом попасть на свечу. И еще создает вокруг топливного заряда прослойку воздуха, снижая потери тепла в днище поршня и в стенке цилиндра.
В режиме гомогенного смесеобразования заслонка на впуске полностью открыта. В результате воздух поступает в цилиндр равномерно и широким потоком. В этот поток, еще во время такта впуска, и впрыскивается основная порция топлива. В горячем цилиндре оно испаряется и хорошо перемешивается с воздухом – образуется равномерная топливовоздушная смесь по всему цилиндру.
У других компаний можно встретить иные способы переключения режимов впрыска – например, специальные двухрежимные форсунки, которые могут впрыскивать топливо в цилиндр либо компактным узким факелом (для послойного распределения), либо равномерным широким конусом (для образования гомогенной смеси). Кстати, в режиме гомогенной смеси двигатель с непосредственным впрыском тоже эффективнее традиционного собрата. Ведь в нем можно обеспечить впрыск топлива не в одну, а в несколько стадий и таким образом решить множество проблем – от ускоренного прогрева нейтрализатора при холодном пуске до снижения риска детонации и улучшения процесса сгорания при высоких нагрузках, а значит, повышения мощности.
Конечно, «бесплатных пирожных» в технике не бывает. Мы уже отметили: чтобы впрыскивать бензин непосредственно в цилиндр во время такта сжатия, нужен топливный насос высокого давления – почти такой же, как на дизелях. И соответствующая система питания. А для получения вакуума (без которого, скажем, не работает усилитель тормозов) потребуется вакуумный насос. Ведь в режиме послойного распределения двигатель работает на малых порциях топлива, но при полностью открытой дроссельной заслонке (чего мы, собственно, и добивались). А если дроссельная заслонка открыта, разрежение в задроссельном пространстве не создается!
Не так все просто и с обеднением смеси. Ведь и двигатели с традиционным впрыском бензина могут работать на более бедной смеси, чем работают сейчас. Конечно, не на такой сверхбедной, как мотор с непосредственным впрыском, но все равно, экономия топлива была бы заметной. Тем не менее в большинстве современных автомобилей эта возможность не используется. И причиной тому – экология. Ведь при работе на бедной смеси значительно растет выброс оксидов азота – традиционный трехкомпонентный нейтрализатор в этой ситуации с ними не справляется. И если мы хотим работать на бедных смесях, то даже для соответствия нормам Евро 3 нам потребуется дополнительный специальный нейтрализатор-поглотитель оксидов азота. И, понятно, электроника для обеспечения его работы. А «противоазотный» нейтрализатор мало того, что недешев, так еще быстро выходит из строя при высоком содержании серы в топливе. Так что, пока еще не нормируется выброс углекислого газа, а бензин в большинстве стран мира содержит достаточно много серы, производителям автомобилей приходится отказываться от отдельных преимуществ непосредственного впрыска бензина, в первую очередь – от работы на бедных смесях. И, конечно, выдающейся экономии топлива в этом случае получить не удается. Правда, и не так возрастает стоимость автомобиля – нет необходимости устанавливать «противоазотный» нейтрализатор и оборудование для его работы.
Но, если получаемая экономия топлива с ростом цен на нефть станет целесообразной или, скажем, более активно будет вестись борьба с выбросом углекислого газа (CO2), двигатель с непосредственным впрыском готов продемонстрировать свои достоинства в любой момент. Достаточно будет поставить второй нейтрализатор и изменить программу блока управления.
(с) журнал QUATTRORUOTE
